不使用模具的成形加工方法——渐进成形技术特点及最新进展
一、渐进成形的工艺流程
首先，根据对象部件的数据，制作出加工形状。没有数据的部件，可用3D扫描制作出加工形状。然后，根据加工形状生成成形压头的移动路径（加工程序）。上述这些工作是由CAD、CAM 等数字化技术完成的。
然后，将成形压头和钢板坯料固定在渐进成形设备上，利用加工程序开始对钢板坯料进行加工。加工结束后，用激光将无用的部分切除，制造成成型品。在用单向成形方法成形加工小型简单形状的部件时，从加工形状制作到加工结束的较快时间是几个小时。这比需要制作模具的冲压成形加工快了很多。
此外，当一次成形后，成型品形状尺寸未达到要求时，冲压加工则需要对冲压模具进行修正，而渐进成形可以对加工程序进行数字化修正后立即进行再加工。因此与冲压加工相比，渐进成形可以在很短的时间内反复进行提高质量的操作。并且，当制品质量良好的加工程序完成后，储存在渐进成形设备中，可用于同样形状制品的加工。另一方面，渐进成形的特点是对钢板坯料进行缓慢的渐次加工，加工一件制品需要几十分钟甚至几小时，加工时间大于几秒钟即可成形一件制品的冲压加工。但是，与需要一次高额投资的冲压加工相比，渐进成形法可根据制品产量情况，逐渐增加适宜的设备。此外，可以采用冲压加工进行制品主要形状部位的加工、渐进成形进行制品微细部位加工的分级加工模式。因此渐进成形可以成为构建柔性化生产体制的技术。
二、渐进成形的成形特点
渐进成形是逐渐对钢板坯料拉伸的成形方法。渐进成形加工时，钢板坯料的厚度有一定减薄。坯料厚度的减薄量与成形压头和成形形状之间的角度服从正弦准则。如图1所示，加工前钢板坯料厚度是t0，加工后钢板坯料厚度是t，成形压头轴与成形壁面的角度是θ，则t=t0Sinθ。在四棱锥体成形时，壁角度越大，钢板减薄越多。当成形形状成为饭盒那样的四周是垂直侧壁的形状时，板厚为0，成形不能进行。因此，在进行制品板厚减薄比例允许值的设定时，应通过加工形状的设定或变更部件形状，形成适宜的成形角度，不使板厚减薄超过允许值。此外，目前正在进行抑制板厚减薄并增大成形角度的渐进成形工艺技术研究。
与冲压成形相比，渐进成形的回弹较大。钢板坯料的成形压头接触面的残余应力和另一侧的非压头接触面的残余应力之差是造成渐进成形制品回弹较大的原因。为解决这个问题，进行了从钢板坯料另侧压附成形轮廓的回弹矫正方法和加工后，对加工面进行喷丸处理施加压缩残余应力，使钢板内外应力平衡的回弹矫正方法。
三、最近的渐进成形技术
日本日产汽车（株）最近开发了对向式无模型成形新技术，并完成实用化。图3是对向式无模型成形技术的装置和成形工艺的示意。该装置有紧固钢板坯料用的夹具和两侧各有一台配置成形压头的机器人。利用该装置可进行上述三种成形模式的渐进成形加工。灵活地分别进行三种成形模式的渐进成形加工，可以制造出各种形状不同的制品。
下面对图3所示制品的对向式无模型成形工艺作简要说明。在制造具有凸凹形状的制品时，对要素形状进行分类，作成加工形状，并分别作成加工程序。这里的要素形状是将部件上的凸凹形状去除后的外形形状。将各个凸凹形状分类为弯曲形状。
成形加工的第1工序是用单向成形方法进行部件外形形状的成形加工。然后对第1工序的成形面进行对向式成形，在成形面上加工出凸凹形状。这是第2工序的加工。第2工序结束后，沿部件的轮廓用激光切取部件轮廓形状的成形件，然后在第3工序，用局部模具对上述成形件进行弯曲成形，制成制品。日产汽车（株）利用该装置进行了小型试制品和展示车部分部件的成形加工，这些成形品的质量达到了规定的要求。公司今后将继续进行新型渐进成形技术的开发，将开发技术用于修补部件和少量部件的生产，并逐渐扩大开发技术的应用范围。
本文为部分内容，全文请参阅《世界金属导报》37期B13。
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